JP2008225169A - Method for forming geometrical pattern - Google Patents

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Junichi Ikeno
順一 池野
Masaki Wakabayashi
正毅 若林
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Saitama University NUC
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Saitama University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming a geometrical pattern with which a desired geometric pattern is formed on a surface of a work piece. <P>SOLUTION: The work piece is irradiated with a laser beam, and a plurality of hollows holding gaps in between are formed on the surface of the work piece in an array with a two-dimensional periodicity. Next, the work piece is etched, and the etching is continued until the recessions having spread from the respective hollows as centers interfere with one another so as to make boundaries of the recessions form a desired geometric pattern. The method for forming the geometrical pattern does not require large-scaled apparatus or troublesome and complex processes, and can accurately form the desired geometrical pattern on the surface of the work piece. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラス等の被加工物の表面に正三角形、正方形、長方形、正六角形等の幾何学パターンを形成する方法に関し、レーザ加工と化学的加工とを組み合わせて微細な幾何学パターンの形成を行うものである。   The present invention relates to a method of forming a geometric pattern such as a regular triangle, a square, a rectangle, a regular hexagon, etc. on the surface of a workpiece such as glass, and the like, and a fine geometric pattern is formed by combining laser processing and chemical processing. Is to do.

近年、工業製品の高機能化に伴い、物体の表面状態と光学特性やトライボロジー特性(摩擦性能や潤滑性能)等の表面機能との関係が注目されており、部品表面に微細凹凸を形成して製品の高付加価値化を図ることや、微細凹凸の表面機能を利用した新機能製品の開発が盛んに行われている。
これらの表面機能の解析には、物体表面に所望形状の微細凹凸を形成して各種特性を測定することが必要となる。
従来、物体表面への微細パターン加工は、その多くが機械加工によるモールド成形や半導体プロセスで行われている。しかし、これらの加工法は、型やマスクの作製に時間と手間が掛かり、工程が煩雑である。
これに対して、レーザ加工は、型やマスクを用いずに、フレキシブルな精密微細加工が可能である。
In recent years, with the increase in functionality of industrial products, the relationship between the surface state of objects and surface functions such as optical properties and tribological properties (friction performance and lubrication performance) has attracted attention. The development of new functional products using high-value-added products and the surface function of fine irregularities has been actively conducted.
For analysis of these surface functions, it is necessary to form fine irregularities of a desired shape on the object surface and measure various characteristics.
Conventionally, most of fine pattern processing on an object surface is performed by molding by a machining process or a semiconductor process. However, these processing methods require time and labor to produce a mold and a mask, and the process is complicated.
On the other hand, laser processing enables flexible precision microfabrication without using a mold or a mask.

本発明者等は、先に、レーザ加工とエッチング加工とを組み合わせて、ガラス基板上に滑らかな表面を有する凹面レンズ形状のディンプルを形成する方法を開発した(下記特許文献1)。
この方法では、ガラス基板の表面にレーザを照射して窪みを形成し、次いで、このガラス基板に対して等方エッチングを施す。図8は、レーザ照射により窪み110が形成されたエッチング前のガラス基板の表面100と、エッチングが進んだ状態のガラス基板の表面120とを模式的な断面図で示している。ガラス材は、エッチングによって、窪み110の周面も、窪みの無い平面も、等しく除去されるため、窪みの深さdは変化せずに窪みの直径が拡がり、窪み(ディンプル)130は、精密な球面に近似した凹面レンズ形状へと成形される。
The present inventors have previously developed a method of forming concave lens-shaped dimples having a smooth surface on a glass substrate by combining laser processing and etching processing (Patent Document 1 below).
In this method, the surface of the glass substrate is irradiated with a laser to form a recess, and then this glass substrate is subjected to isotropic etching. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the surface 100 of the glass substrate before etching in which the depression 110 is formed by laser irradiation and the surface 120 of the glass substrate in a state where etching has progressed. By etching, the peripheral surface of the depression 110 and the flat surface without the depression are equally removed by etching, so that the diameter of the depression expands without changing the depth d of the depression, and the depression (dimple) 130 is precisely It is molded into a concave lens shape approximating a spherical surface.

図9(a)は、ソーダ石灰ガラスにレーザをピーク出力28kw、照射時間0.1秒で照射して形成した窪みの断面SEM(走査型電子顕微鏡)画像を示し、図9(b)は、これを約40度のフッ酸水溶液中で4時間エッチングして得られたディンプルのSEM画像を示している。
このように、レーザ加工とエッチング加工とを組み合わせることで、ガラス基板の表面に、鏡面を持つ凹面レンズ形状の微細ディンプルを形成することができる。
特開2005−283993号公報
FIG. 9A shows a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image of a depression formed by irradiating soda-lime glass with a laser with a peak output of 28 kw and an irradiation time of 0.1 second, and FIG. This shows an SEM image of dimples obtained by etching this in a hydrofluoric acid aqueous solution at about 40 degrees for 4 hours.
In this way, by combining laser processing and etching processing, a concave lens-shaped fine dimple having a mirror surface can be formed on the surface of the glass substrate.
JP 2005-283993 A

しかし、レーザ加工とエッチング加工とを併用する従来の方法では、ガラス基板の表面に凹面レンズ形状しか形成することができない。
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、被加工物の表面に所望の幾何学パターンを形成することができる幾何学パターン形成方法を提供することを目的としている。
However, in the conventional method using both laser processing and etching processing, only a concave lens shape can be formed on the surface of the glass substrate.
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and an object thereof is to provide a geometric pattern forming method capable of forming a desired geometric pattern on the surface of a workpiece.

本発明の幾何学パターン形成方法は、被加工物にレーザを照射し、前記被加工物の表面に複数の窪みを、間隔を空けて、二次元的に周期性を持つ配列に形成する第1のステップと、前記被加工物のエッチングを行い、前記窪みの各々を中心に広がった凹部同士が干渉し、前記凹部の境界が所定の幾何学パターンになるまで前記エッチングを続ける第2のステップと、を備えることを特徴とする。
第2のステップのエッチングを開始すると、被加工物の表面では、第1のステップで形成した各窪みを中心とする凹面形状の生成が始まる。各凹面の円周の直径は、エッチングの進行に伴って拡大し、終には隣接する凹面の円周同士が干渉する。二つの凹面が干渉した場合に、それらの凹面の境界は、各凹面の中心を結ぶ線の中点を通り、この線に直交する直線(即ち、両中心が線対称となる直線)に自己収斂する。そのため、凹面の周囲の全てが、他の凹面と干渉することにより、凹面の境界は多角形状となる。また、その多角形状は、第1のステップでの窪みの配列によって決まる。
The geometric pattern forming method of the present invention is a first method of irradiating a workpiece with a laser and forming a plurality of depressions on the surface of the workpiece in an array having a two-dimensional periodicity at intervals. And a second step of etching the workpiece, and continuing the etching until the recesses extending around each of the recesses interfere with each other and the boundary of the recesses has a predetermined geometric pattern, It is characterized by providing.
When etching in the second step is started, generation of a concave shape centering on each depression formed in the first step starts on the surface of the workpiece. The diameter of the circumference of each concave surface increases with the progress of etching, and finally the circumferences of adjacent concave surfaces interfere with each other. When two concave surfaces interfere, the boundary between the concave surfaces passes through the midpoint of the line connecting the centers of the concave surfaces, and converges to a straight line orthogonal to this line (that is, a straight line in which both centers are line-symmetric). To do. For this reason, the entire boundary of the concave surface interferes with other concave surfaces, and the boundary of the concave surface becomes a polygonal shape. Further, the polygonal shape is determined by the arrangement of the depressions in the first step.

本発明の幾何学パターン形成方法では、前記第1のステップで照射するレーザが、フェムト秒レーザであることが好ましい。
フェムト秒レーザは、照射時間が極めて短いため、窪み形成時に被加工物の窪みの周囲に熱的影響が及ばず、窪み周囲の損傷や組織破壊が生じない。そのため、エッチングで正確な幾何学パターンが形成される。
In the geometric pattern forming method of the present invention, it is preferable that the laser irradiated in the first step is a femtosecond laser.
Since the irradiation time of the femtosecond laser is extremely short, no thermal influence is exerted around the depression of the workpiece when the depression is formed, and damage or tissue destruction around the depression does not occur. Therefore, an accurate geometric pattern is formed by etching.

また、本発明の幾何学パターン形成方法では、前記第2のステップで行うエッチングが、等方エッチングであることが好ましい。
等方性エッチングの場合は、形成される幾何学パターンが予想し易く、第1のステップにおける窪みの形成位置が計算し易い。
In the geometric pattern forming method of the present invention, the etching performed in the second step is preferably isotropic etching.
In the case of isotropic etching, the formed geometric pattern is easy to predict, and the formation position of the depression in the first step is easy to calculate.

また、本発明の幾何学パターン形成方法では、前記被加工物が、ガラスであることが好ましい。
ガラスは等方的にエッチングされるため、第1のステップにおける窪みの形成位置が計算し易い。
In the geometric pattern forming method of the present invention, the workpiece is preferably glass.
Since the glass is etched isotropically, the formation position of the depression in the first step is easy to calculate.

また、本発明の幾何学パターン形成方法では、幾何学パターンとして、正三角形、正方形、長方形または正六角形を形成することができる。
これらの多角形は、本発明の幾何学パターン形成方法を用いて高精度に形成することができる。
In the geometric pattern forming method of the present invention, a regular triangle, square, rectangle or regular hexagon can be formed as the geometric pattern.
These polygons can be formed with high accuracy using the geometric pattern forming method of the present invention.

本発明の幾何学パターン形成方法では、大掛かりな装置や、手間の掛かる複雑な工程を必要とせずに、被加工物の表面に所望の幾何学パターンを正確に形成することができる。
この幾何学パターン形成方法は、特に、多品種少量生産に適している。
According to the geometric pattern forming method of the present invention, a desired geometric pattern can be accurately formed on the surface of a workpiece without requiring a large-scale apparatus or a complicated process requiring labor.
This geometric pattern forming method is particularly suitable for high-mix low-volume production.

本発明の幾何学パターン形成方法の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図1は、この幾何学パターン形成方法において、被加工物に窪みを形成するために用いたレーザ装置を示している。
この装置は、フェムト秒レーザ10と、λ/2板11と、入射光が同一光路を通って反射することを防止するGlanレーザープリズム12と、光量を調節するNDフィルタ13と、ミラー15、16と、撮影用のCCDカメラ19と、カメラ位置に焦点を合わせるレンズ18と、可視光のBRG成分を分岐するディクロイックミラー17と、レーザの焦点を調整する集光レンズ20と、被加工物30を載置する加工ステージ21と、フェムト秒レーザ10及び加工ステージ21を制御する制御装置22とを備えている。
An embodiment of a geometric pattern forming method of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a laser apparatus used for forming a depression in a workpiece in this geometric pattern forming method.
This apparatus includes a femtosecond laser 10, a λ / 2 plate 11, a Glan laser prism 12 that prevents incident light from being reflected through the same optical path, an ND filter 13 that adjusts the amount of light, and mirrors 15 and 16. A CCD camera 19 for photographing, a lens 18 that focuses on the camera position, a dichroic mirror 17 that branches a BRG component of visible light, a condensing lens 20 that adjusts the focus of the laser, and a workpiece 30. And a control device 22 for controlling the femtosecond laser 10 and the processing stage 21.

フェムト秒レーザ10は、波長(λ)=775nm、繰り返し周波数(f)=1kHz、パルス幅200fs、平均出力800mWの仕様の装置を使用している。
また、加工ステージ21は、エアー静圧3軸リニアステージを用いており、分解能10nmの性能を有している。
制御装置22は、被加工物30の所望箇所にレーザ照射ができるように加工ステージ21の運動とレーザ発振のタイミングとを同期させて制御する。
被加工物30には、エッチング時にムラが生じないように、不純物の少ない石英ガラス(厚さ;1.5mm)を用いている。
この被加工物30の各々に、正三角形、正方形、長方形、または、正六角形の微細幾何学パターンを形成するため、図1の装置を用いて、照射位置を制御しながら被加工物30にレーザを照射し、その表面に二次元的に分布する多数の窪みを形成した。
The femtosecond laser 10 uses an apparatus with specifications of wavelength (λ) = 775 nm, repetition frequency (f) = 1 kHz, pulse width 200 fs, and average output 800 mW.
The processing stage 21 uses an air static pressure triaxial linear stage and has a performance of 10 nm resolution.
The control device 22 controls the movement of the processing stage 21 and the timing of laser oscillation in synchronization so that laser irradiation can be performed on a desired portion of the workpiece 30.
The workpiece 30 is made of quartz glass (thickness: 1.5 mm) with less impurities so that unevenness does not occur during etching.
In order to form an equilateral triangle, a square, a rectangle, or a regular hexagonal fine geometric pattern on each of the workpieces 30, a laser is applied to the workpiece 30 while controlling the irradiation position using the apparatus of FIG. 1. Were irradiated to form a number of depressions distributed two-dimensionally on the surface.

図2では、各幾何学パターンに対応するレーザ照射位置(窪み形成位置)を黒点で示している。正三角形は、1辺20μmの正三角形を形成するため、隣接するレーザ照射位置との距離を、L1=11.55μm、L2=20μmに設定した。正四角形は、1辺10μmの正四角形を形成するため、隣接するレーザ照射位置との距離を、L1=10μm、L2=10μmに設定した。長方形は、10μm×15μmの長方形を形成するため、隣接するレーザ照射位置との距離を、L1=10μm、L2=15μmに設定した。また、正六角形は、1辺5.8μmの正六角形を形成するため、図2に示すL1、L2の長さを、L1=8.66μm、L2=5μmに設定した。   In FIG. 2, the laser irradiation position (dent formation position) corresponding to each geometric pattern is indicated by black dots. Since the equilateral triangle forms an equilateral triangle having a side of 20 μm, the distance from the adjacent laser irradiation position was set to L1 = 11.55 μm and L2 = 20 μm. In order to form a regular square having a side of 10 μm, the regular square was set such that the distance from the adjacent laser irradiation position was L1 = 10 μm and L2 = 10 μm. In order to form a rectangle of 10 μm × 15 μm, the distance from the adjacent laser irradiation position was set to L1 = 10 μm and L2 = 15 μm. Further, since the regular hexagon forms a regular hexagon having a side of 5.8 μm, the lengths of L1 and L2 shown in FIG. 2 are set to L1 = 8.66 μm and L2 = 5 μm.

実際の被加工物30には、同一の微細幾何学パターンを多数形成する必要があるため、図2に示すレーザ照射位置の単位構造を二次元的に拡張し、この単位構造を縦方向及び横方向に繰り返すことによって得られる各位置にレーザが照射される。従って、このレーザ照射により、被加工物30の表面には、多数の窪みが、二次元的に、且つ、周期的に配列される。
ここでは、図3の加工条件に示すように、f=8mm(N.A.=0.5)の集光レンズ20を使用し、レーザ出力;10mW、被加工物30の加工範囲;200μm×200μmに設定して、各被加工物30にレーザを照射している。いずれの幾何学パターンに対応した窪みを形成する場合でも、各被加工物30へのレーザ加工は、数分で終了した。
Since it is necessary to form many identical fine geometric patterns on the actual workpiece 30, the unit structure at the laser irradiation position shown in FIG. Each position obtained by repeating in the direction is irradiated with a laser. Therefore, by this laser irradiation, a large number of depressions are two-dimensionally and periodically arranged on the surface of the workpiece 30.
Here, as shown in the processing conditions of FIG. 3, a condenser lens 20 of f = 8 mm (NA = 0.5) is used, laser output: 10 mW, processing range of the work piece 30: 200 μm × Each workpiece 30 is irradiated with a laser by setting it to 200 μm. Regardless of which recess corresponding to any geometric pattern was formed, laser processing on each workpiece 30 was completed in a few minutes.

窪みを形成した被加工物30は、次にエッチング処理される。
まず、被加工物30に形成されたディンプル形状のエッチングによる変化について説明する。
図4は、ディンプル形状の変化を時間的に追跡したシミュレーションの結果について示している。図4(a)は、等間隔で配置した3つのディンプルが1μm/hのエッチングレートでエッチングされる様子を示し、図4(b)は、このときの時間とディンプルの直径及び深さとの関係を示している。
なお、当初のディンプルは、深さ4μm、直径4μmとし、ディンプル形状はy=x2で近似している。
The workpiece 30 having the depressions is then etched.
First, changes due to etching of the dimple shape formed on the workpiece 30 will be described.
FIG. 4 shows the results of a simulation in which changes in the dimple shape are traced over time. 4A shows how three dimples arranged at equal intervals are etched at an etching rate of 1 μm / h, and FIG. 4B shows the relationship between the time and the diameter and depth of the dimple. Is shown.
The initial dimple has a depth of 4 μm and a diameter of 4 μm, and the dimple shape is approximated by y = x 2 .

図4(a)では、エッチング前の表面を線40で示し、エッチング1時間ごとの表面を線41で示している。また、図4(b)では、ディンプルの深さの時間的変化を黒三角で示し、ディンプルの直径の時間的変化を白丸で表示している。
ディンプルの直径は、当初、エッチングによって広がるが、4時間が経過すると、ディンプルと隣接するディンプルとの中間にあった平坦部が完全になくなり、それ以降は、ディンプルの直径は、変わらなくなる。最終的にディンプルの直径は、ディンプルと隣接するディンプルとの中心距離に収束する。
一方、ディンプルの深さは、ディンプルの直径が増え続けている間は変わらないが、5時間以上になると、エッチング時間に応じてディンプルと隣接するディンプルとの中間位置にある凸部が低くなり、ディンプルの深さは浅くなる。また、ディンプルの曲率は、エッチング時間に伴って小さくなる。
In FIG. 4A, the surface before etching is indicated by a line 40, and the surface for every hour of etching is indicated by a line 41. In FIG. 4B, the temporal change in the dimple depth is indicated by a black triangle, and the temporal change in the dimple diameter is indicated by a white circle.
The diameter of the dimple is initially widened by etching, but after 4 hours, the flat portion in the middle between the dimple and the adjacent dimple disappears completely, and thereafter, the diameter of the dimple does not change. Eventually, the diameter of the dimple converges to the center distance between the dimple and the adjacent dimple.
On the other hand, the depth of the dimple does not change while the diameter of the dimple continues to increase, but when it is 5 hours or longer, the convex portion at the intermediate position between the dimple and the adjacent dimple decreases according to the etching time, The dimple depth becomes shallower. Also, the dimple curvature decreases with the etching time.

実際のエッチングは、図3の加工条件に示すように、被加工物の石英ガラスに対し、エッチング液として、フッ酸と硫酸との混合液(1:1、各3wt%)を用い、ホットスターラーによって攪拌と加熱とを加えながら実施した。加熱温度は約40℃、攪拌の回転数は350rpmである。
図5は、正六角形のディンプルアレイを作製したときの各時点のSEM画像を示している。なお、図中の被加工物は30°傾けて観察したものであり、ほぼ同じ位置をエッチング時間ごとに観察したものである。
エッチング前のディンプルは楕円形状であるが、エッチングが進むにつれて、ディンプルは球形になっていく様子が見て取れる。3時間のエッチングでは、レーザ照射によって生じた粗さ成分が広がり、一時的にディンプル内部が粗くなる。5時間エッチングでは、大きくなったディンプル同士が互いに接触し、設計した通りの正六角形に近づく。さらにエッチングを継続すると、ディンプルは鏡面になる。
As shown in the processing conditions of FIG. 3, the actual etching uses a mixed solution of hydrofluoric acid and sulfuric acid (1: 1, 3 wt% each) as an etching solution for the quartz glass of the workpiece, and a hot stirrer. Was carried out with stirring and heating. The heating temperature is about 40 ° C., and the rotational speed of stirring is 350 rpm.
FIG. 5 shows SEM images at various points in time when a regular hexagonal dimple array was produced. In addition, the workpiece in the figure was observed with an inclination of 30 °, and substantially the same position was observed for each etching time.
The dimples before etching are elliptical, but it can be seen that the dimples become spherical as the etching progresses. In the etching for 3 hours, the roughness component generated by laser irradiation spreads, and the inside of the dimple becomes temporarily rough. In the 5-hour etching, the enlarged dimples come into contact with each other and approach the regular hexagon as designed. If etching is further continued, the dimple becomes a mirror surface.

図6(a)は、同じように、正三角形ディンプルアレイを作製したときのエッチング前の窪みと15時間エッチング後の状態とをSEM画像で示し、図6(b)は、正方形ディンプルアレイを作製したときの同様のSEM画像を、また、図6(c)は、長方形ディンプルアレイを作製したときの同様のSEM画像を、それぞれ示している。
いずれの場合にも、エッチングを行うことで所望の形状を有する鏡面ディンプルアレイを作製することができる。
図7は、作製した各幾何学パターンの実測値と、その設計値との誤差を示している。作製したディンプルの辺の長さは、設計値に対して誤差2%以内である。また、ディンプル深さは、いずれも1μm前後である。形状のばらつきは、隣り合うディンプルの深さのばらつきに依存すると推察される。
Similarly, FIG. 6A shows the SEM image of the depression before etching and the state after 15 hours of etching when an equilateral triangle dimple array was produced, and FIG. 6B produced a square dimple array. FIG. 6C shows a similar SEM image when a rectangular dimple array is manufactured, and FIG. 6C shows a similar SEM image when the rectangular dimple array is manufactured.
In either case, a mirror dimple array having a desired shape can be manufactured by performing etching.
FIG. 7 shows an error between the actually measured value of each geometric pattern produced and its design value. The length of the side of the produced dimple is within 2% of the design value. The dimple depth is about 1 μm in all cases. It is inferred that the variation in shape depends on the variation in the depth of adjacent dimples.

このように、この幾何学パターン形成方法では、被加工物の表面に、選択した形状の微細幾何学パターンを形成することができる。
被加工物は、等方的にエッチングされるガラスであることが好ましい。特に、石英ガラスが好ましい。エッチングが等方的に進行する場合は、形成される幾何学パターンが予想し易く、レーザ照射による窪みの形成位置が容易に計算できる。しかし、ガラス以外を被加工物としても良い。
また、被加工物の表面に窪みを形成するレーザは、フェムト秒レーザであることが好ましい。フェムト秒レーザは、照射時間が極めて短いため、窪み形成時に被加工物の窪みの周囲に熱的影響を及ぼさない。そのため、窪みの周囲に損傷が発生せず、エッチングでの正確な幾何学パターンの形成が可能になる。また、被加工物が石英ガラスであっても、安定したレーザ加工が可能である。しかし、本発明では、フェムト秒レーザ以外のレーザを用いることも可能である。
Thus, in this geometric pattern forming method, a fine geometric pattern having a selected shape can be formed on the surface of the workpiece.
The workpiece is preferably glass that is isotropically etched. In particular, quartz glass is preferable. When the etching proceeds isotropically, the formed geometric pattern can be easily predicted, and the formation position of the depression by laser irradiation can be easily calculated. However, a material other than glass may be used as a workpiece.
Moreover, it is preferable that the laser for forming the depression on the surface of the workpiece is a femtosecond laser. Since the irradiation time is very short, the femtosecond laser does not exert a thermal influence around the depression of the workpiece when the depression is formed. Therefore, damage does not occur around the depression, and an accurate geometric pattern can be formed by etching. Further, even if the workpiece is quartz glass, stable laser processing is possible. However, in the present invention, it is possible to use a laser other than the femtosecond laser.

本発明の幾何学パターン形成方法は、物体の表面に所望形状の微細パターンを形成して機能の向上を図り、あるいは、新機能を実現する表面機能製品の製造に用いることができる。また、表面機能製品の一つとして、反射率が低く、透過率が高い光学特性や、反射率が高く、透過率が低い光学特性を発現する光学機器の製造に用いることができる。
また、本発明の方法は、幾何学パターンの大きさを適宜設定することにより、凹球面レンズアレイの製造に利用することができる。
また、DNAマイクロアレイやバイオチップ等、微細粒子や細胞などの精密配列用トレイとしての応用が期待できる。
The geometric pattern forming method of the present invention can be used to improve the function by forming a fine pattern of a desired shape on the surface of an object, or to manufacture a surface functional product that realizes a new function. In addition, as one of the surface functional products, it can be used for the manufacture of optical devices that exhibit low reflectance and high transmittance and optical properties that exhibit high reflectance and low transmittance.
The method of the present invention can be used for manufacturing a concave spherical lens array by appropriately setting the size of the geometric pattern.
In addition, it can be expected to be applied as a tray for precise arrangement of fine particles, cells, etc., such as DNA microarray and biochip.

本発明は、物体の表面に所望の幾何学パターンを正確に形成することが可能であり、各種の表面機能製品や光学機器、あるいは、精密配列用トレイ等の製造に広く用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can accurately form a desired geometric pattern on the surface of an object, and can be widely used for manufacturing various surface functional products, optical instruments, precision array trays, and the like.

本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法で用いるレーザ装置の模式図Schematic diagram of a laser apparatus used in the geometric pattern forming method of the embodiment of the present invention 本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法で形成する目標形状とレーザ照射位置との関係を示す図The figure which shows the relationship between the target shape and laser irradiation position which are formed with the geometric pattern formation method of embodiment of this invention 本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法での加工条件を示す図The figure which shows the processing conditions in the geometric pattern formation method of embodiment of this invention 本発明の幾何学パターン形成方法のシミュレーションにより得られたエッチング形状変化(a)と、エッチング時間と加工形状との関係(b)を示す図The figure which shows the relationship (b) of the etching shape change (a) obtained by simulation of the geometric pattern formation method of this invention, and etching time and a process shape. 本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法で正六角形のディンプルアレイを作製したときの作製過程のSEM画像を示す図The figure which shows the SEM image of the preparation process when a regular hexagonal dimple array is produced with the geometric pattern formation method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法で作製した正三角形のディンプルアレイ(a)、正方形のディンプルアレイ(b)、長方形のディンプルアレイ(c)のSEM画像を示す図The figure which shows the SEM image of the equilateral triangle dimple array (a), the square dimple array (b), and the rectangular dimple array (c) which were produced with the geometric pattern formation method of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の幾何学パターン形成方法で作製した幾何学パターンの形状評価を示す図The figure which shows the shape evaluation of the geometric pattern produced with the geometric pattern formation method of embodiment of this invention エッチングによるディンプルアレイの形状変化を説明する図The figure explaining the shape change of the dimple array by etching ソーダ石灰ガラスにレーザ照射で形成した窪み(a)と、エッチングで得られた凹面形状(b)のSEM画像を示す図The figure which shows the SEM image of the hollow (a) formed by laser irradiation to soda-lime glass, and the concave shape (b) obtained by etching

符号の説明Explanation of symbols

10 フェムト秒レーザ
11 λ/2板
12 Glanレーザープリズム
13 NDフィルタ
15 ミラー
16 ミラー
17 ディクロイックミラー
18 レンズ
19 CCDカメラ
20 集光レンズ
21 加工ステージ
22 制御装置
30 被加工物
40 エッチング前の表面
41 エッチング1時間ごとの表面
100 エッチング前のガラス基板表面
110 エッチング前の窪み
120 エッチングが進んだ状態の基板表面
130 エッチングが進んだ状態の窪み(ディンプル)
10 femtosecond laser 11 λ / 2 plate 12 Glan laser prism 13 ND filter 15 mirror 16 mirror 17 dichroic mirror 18 lens 19 CCD camera 20 condenser lens 21 processing stage 22 control device 30 workpiece 40 surface before etching 41 etching Surface every hour 100 Glass substrate surface before etching 110 Recess before etching 120 Substrate surface in which etching has progressed 130 Recess in etching (dimple)

Claims (5)

被加工物にレーザを照射し、前記被加工物の表面に複数の窪みを、間隔を空けて、二次元的に周期性を持つ配列に形成する第1のステップと、
前記被加工物のエッチングを行い、前記窪みの各々を中心に広がった凹部同士が干渉し、前記凹部の境界が所定の幾何学パターンになるまで前記エッチングを続ける第2のステップと、
を備えることを特徴とする幾何学パターン形成方法。
A first step of irradiating the workpiece with a laser and forming a plurality of depressions on the surface of the workpiece in an array having a two-dimensional periodicity at intervals;
A second step of etching the workpiece, and continuing the etching until the recesses extending around each of the recesses interfere with each other and the boundary of the recesses has a predetermined geometric pattern;
A geometric pattern forming method comprising:
請求項1に記載の幾何学パターン形成方法であって、前記第1のステップで照射するレーザが、フェムト秒レーザであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。   2. The geometric pattern forming method according to claim 1, wherein the laser irradiated in the first step is a femtosecond laser. 請求項1または2に記載の幾何学パターン形成方法であって、前記第2のステップで行うエッチングが、等方エッチングであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。   3. The geometric pattern forming method according to claim 1, wherein the etching performed in the second step is isotropic etching. 4. 請求項1から3のいずれかに記載の幾何学パターン形成方法であって、前記被加工物が、ガラスであることを特徴とする幾何学パターン形成方法。   4. The geometric pattern forming method according to claim 1, wherein the workpiece is glass. 請求項1から4のいずれかに記載の幾何学パターン形成方法であって、前記幾何学パターンが、正三角形、正方形、長方形または正六角形であることを特徴とする幾何学パターン形成方法。   5. The geometric pattern forming method according to claim 1, wherein the geometric pattern is a regular triangle, a square, a rectangle, or a regular hexagon.
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